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基于云平台的气囊气压检测系统的研究与开发
| 论文题名： | 基于云平台的气囊气压检测系统的研究与开发 |
| 关键词： | 船舶气囊下水;气压检测系统;自适应传输;云平台 |
| 摘要： | 气囊下水是一种被广泛使用的船舶下水技术。在下水时，由于船舶姿态的变化，气囊内的气压也会发生相应的变化。气囊在船舶下水准备过程中处于高压状态，一旦气囊破裂，可能导致船舶部件损坏甚至人员伤亡，因此需要实时检测气囊气压。传统的人工巡检方式存在读数不准确、实时性较差以及人力成本过高等缺点。针对上述问题，本文设计并实现了一种基于云平台的船舶气囊下水气压检测系统。该系统利用无线传感网络实时采集气囊气压数据，并通过网关将数据上传至云平台进行存储和转发，最终在客户端显示数据。与传统的人工读数相比，该系统具有读取速度快、误差小、可靠性高等优点。本文主要研究内容如下： （1）本文研究ZigBee无线通信技术和MQTT消息队列遥测通信技术，总结了其特点、结构及协议框架，并对该通信技术和云平台的研究现状进行了介绍。 （2）针对人工气压读数存在的问题，开发了一种基于云平台的船舶气囊下水气压检测系统。为解决检测方案中缺少可视化管理平台和持久性存储功能的问题，在云主机上实现了数据存储，并基于云平台开发了手机和电脑客户端，用户可以通过客户端对云端数据和网络设备进行管理。 （3）针对网关设备在工作时，通信中存在的高速传输不稳定、容易断连的问题，本文在硬件方面设计了双机冗余系统，可有效应对单点故障和其他不可预知的情况。在软件方面，为进一步提升网关与协调器之间通信的可靠性，制订了重传机制的通信协议。同时，提出了一种自适应上传控制算法，实现了在网络波动的情况下自适应地调整通信频率，提高了设备的稳定性。 （4）本文建立了一个气压检测系统实验平台，并对其系统的软硬件功能进行了验证。实验结果表明，该实验平台中ZigBee设备和网关设备均正常工作。客户端软件实现了节点管理、数据迁移等功能，并可以实时获取和显示各终端节点的气压数据，符合预期设计要求。 基于实验平台获取的数据，对所提的算法和通信协议进行了验证。实验结果表明，在网关和协调器传输模拟50%丢包率的环境下，该通信协议在测试中最高丢包率为0.2%。而在使用自适应上传控制算法的系统中，电脑客户端在实际测试中最高丢包率为0.5%，手机客户端为0.2%。相比之下，没有采用自适应算法的系统丢包率为3.5%以上。此外，测试了网关设备的稳定性，搭载冗余系统的网关可以实现流畅切换，解决了数据上传中断的问题，并通过实验验证了此算法具有良好的提升效果。在云数据迁移测试中，分别对1.62G、3.52G、7.05G的数据进行测试。实验结果表明，迁移的数据在另一台云主机上均可以被软件客户端正确读取。 |
| 作者： | 王晓旭 |
| 专业： | 仪器仪表工程 |
| 导师： | 陈健 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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